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罗仑兹力和光学多普勒频移的实验结果否定了相对性原理 罗仑兹力和光学多普勒频移应用极广，是经无数实验验证了的自然规律。两者的共同特征是公式都包含有矢量v/c。 相对性原理说“一切惯性系等价和一切坐标系等价”，单说“等价”是不够明确的，因此具体化为“伽利略坐标变换下不变性”和“罗仑兹坐标变换下不变性”以及“广义坐标变换下不变性”，分别界定伽利略、狭义和广义相对性原理。 一，含v/c的公式与伽利略变换不变性相矛盾 经伽利略变换各惯性系中的力与加速度保持不变，使牛顿定律在各惯性系有同一形式。但是罗仑兹力公式和光学多普勒频移公式中的v/c，在不同的惯性系中有不同的值。它並不遵从伽利略变换下的不变性。电动力学中的电磁交互关联公式中含有速度v，也不遵从伽利略变换下的不变。伽利略变换不变性是牛顿超距作用的灵魂，它的根基是伽利略测量结果的光速无限大。由于无限大加上任何有限值还是无限大，使得伽利略-牛顿力学有着优美的形式和无任何破绽的完全自洽。只可惜它与许多实验结果相冲突，罗仑兹力和光学多普勒频移公式中的v/c，用有限的光速值c直接否定了伽利略变换不变性。通常说v<<c可以用伽利略相对性原理。但这不够具体，现今的激光外差拍频可分辨百分之一至千分之一赫芝，用氦氖激光时的相对测量精度可达10^-17。相应于用多普勒频移可测量出每秒纳米的位移速度。原来说宏观低速运动是牛顿力学的应用领域，随着技术的进步，低速的标准是要小于nm/s，牛顿力学的可应用领域几乎被压缩到不存在了。 伽利略相对性原理首先被实验结果否定了。用陈绍光的不需要伽利略变换和否定超距作用的广义化牛顿力学取代超距作用的牛顿力学，是时代进步的必然。 二，含v/c的公式不遵从罗仑兹变换的不变性 爱因斯坦用有限值光速的‘相对同时’取代无限大光速的‘绝对同时’，抛棄了牛顿的超距作用，用罗仑兹变换取代伽利略变換，这是一个进步。他继承伽利略的“一切惯性系等价”却是夸大了的错误的东西。他发表《动体的电动力学》论文，企图使电动力学也遵从相对性原理。他部分地成功了，将电动力学写成四维的达兰贝尔形式是服从罗仑兹变换。但罗仑兹力、毕-沙-拉定律和光学多普勒频移等电动力学公式仍不服从罗仑兹变换。例如，实验室坐标系L中电子速度为vL，在相对L匀速直线运动速度为V的飞机坐标系F中电子速度是vF，用罗仑兹变换得不出‘电子在L和F坐标系中有相同的罗仑兹力和相同的偏转角’。此时罗仑兹坐标变换下的不变性失效，狭义相对性原理就不成立。其根本原因在于：相对论基本方程的闵可夫斯基度规gij是二次式，罗仑兹变换的级数展开也只含有速度的偶次方项。由v/c平方项的坐标间变换不可能产生出v/c的一次方项，从而无法抵偿掉正比于v/c的公式在不同惯性系中数值的不同，也就不能实现罗仑兹变换下的自然规律形式的不变性。这是坐标系之间的变换公式与自然规律公式不相匹配的必然结果。 狭义相对论是一个过渡性质的不完整理论，其最大漏洞是罗仑兹变换不具有普适性。随便举出一个不服从‘罗仑兹坐标变换下不变性’的例子就可驳倒狭义相对论，使得它一百多年来一直在应付各种批评。 三、单个客体的运动不遵从罗仑兹变换的不变性 相对性原理在一定的条件下还是可以用的，爱因斯坦的主要错误是把有条件的相对真理夸大为无条件的绝对真理，随意扩大了罗仑兹的‘尺缩钟慢’的应用范围，导致出现双生子佯谬等系列矛盾。基于 Augustin-Jean、 Fresnel>的以太论、 Maxwell方程> 和 R.Clausius>的超距作用的电子论，H.Lorentz 和Poincaré自1892年至1906年发展出了绝对静止的电磁以太论 (由电场和磁场描述的以太，有别于Larmor的机械以太)和非超距作用的Lorentz电子论。Michelson 1887年无效的实验结果却起到了正面的积极作用，促使 G. FitzGerald> 在 1889年和Lorentz 在 1892年由电子论中电子运动的实验结果分别独立提出了长度收缩公式 。 陈绍光在2007年（专利）和2008年（th37COSPAR）指出Lorentz变换的‘尺缩’和‘钟慢’分别是长度和时间的多普勒效应在两个相反方向测量结果的均方根平均值[L(0) L(π)]1/2 , [T(0) T(π)]1/2。测不准关系是长度和频率的多普勒频移在两个相反方向测量结果的平方差根之积， [L 2 (0) – L 2 (π)]1/2 [f 2 (0) – f 2 (π)]1/2。测不准关系则真正成了经典物理计量学的测量误差。本来英文的Uncertainty Principle 直译是不确定性原理，被我国物理学前辈译成测不准关系，前辈果然有先見之明。由此也可见，我国物理学界有重视实验测量的优良传统。 Lorentz变换的‘尺缩’和‘钟慢’是正向与反向的多普勒效应的v/c一级项被对消，只留下v/c的平方项，Lorentz变换是数学处理后的结果。单个客体不可能同时向两个相反的方向运动，无法对消v/c一级项，使得Lorentz变换的‘尺缩’和‘钟慢’不适用于单个客体（从而出现双生子佯谬），也不适用于整体一致运动的加速器中电子。对于大量全同粒子的无规运动，可将具有相反运动速度的粒子配对成粒子偶，这时v/c项接近被对消掉，Lorentz变换的‘尺缩’和‘钟慢’近似成立。由此可见，Lorentz变换具有统计性质，它对统计意义的运动μ介子寿命延长和电子论的Lorentz长度收缩是适用的。对于整体一致运动的加速器中电子Lorentz变换也不适用。电子迴旋加速器、上海光源增强器和季灏实验中都用了磁偏转的罗仑兹力公式，也都出现了违反Lorentz变换的实验结果。详见今年本站贴出过的陈绍光论文《用广义化牛顿力学处理磁偏问題》和去年在本站贴出的陈绍光论文《跨越现代物理与经典物理之间的鸿沟》。我的博客http://blog.sina.com.cn/u/2252536722> 中也可找到这些论文。 四，广义相对性原理是一笔糊塗帐 广义相对论克服了狭义相对论的不完整的缺陷，将相对性原理由惯性系推广到任意加速坐标系，使相对论的漏洞大为减少从而更能自圆其说。但又带来新的问题： 广义相对性原理的一切坐标系等价，包括不同加速度的坐标系等价和加速坐标系与惯性系等价。再和引力场与坐标加速度等效的等效原理（牛顿的引力质量等于惯性质量更为合理）相结合，有引力的坐标系与无引力的惯性系也等价。这是一笔永远算不清的糊塗帐。爱因斯坦本人以及追随他的学者们谁都没有说清楚各种非惯性系是如何等价的，用什么样的坐标系之间变换使得各非惯性系中自然定律成为协变的（爱因斯坦将‘等价’改成‘协变’似要降低一些‘相同’的程度，实际上用什么名词无所谓。关键是狭义相对论由一个罗仑兹变換公式决定了所有的惯性系之间的坐标变換。推广到广义相对论时类似罗仑兹变換公式是什么形式? 它如何关联到各非惯性系? 如何使自然定律协变? 96年过去了仍无答案）。好在这笔糊塗帐再也不用算了：
因为由广义相对性原理和等效原理推出的爱因斯坦方程组16个方程中（考虑对称性为10个），存在4个Bianchi恒等式，使得独立方程数目减小到12个（或6个），待求的未知变数的数目仍是16个（或10个）。独立方程数目少于未知数就没有唯一解，可以任人附加条件，因此五花八门的广相解层出不穷。判断什么样的解才有效，远比理清各坐标系等价的糊塗帐更为重要、更为迫切。96年中，主流界公认用爱因斯坦方程组解决了十几个具体问题，陈绍光对这十几个解决的结果分析得出：只有偏折、时延解决对了，进动对了一半错了一半，其他的十几个全解决错了。大家奇怪，为什么有这么大的出错率? 当了解到广相没有唯一解，全靠附加条件来凑解，96年中碰巧凑对了两个半的解己是幸运的。 广相的四维度规是狭相的闵可夫斯基度规gij的发展，从而也是二次式。广相的唯一严格解-史瓦兹度规gµν，同样不能变换出v/c的一次方项，由此可见，广义坐标变换（包括有引力gµν和无引力gij坐标系之间变换）也不能抵偿掉速度不同的坐标系中v/c值的差异，导致罗仑兹力和光学多普勒频移公式不遵从广义坐标变换下的不变性或协变性，故广义相对性原理也不是普适的。不过这只是从史瓦兹度规推论出的结论。由于爱因斯坦方程的解是不确定的，猜测可能什么时候有个天才附如上某些条件得到某个度规gµν，用它能变换出v/c的一次方项，可用来抵偿掉速度不同的坐标系中v/c值的差异。则在此坐标变换下罗仑兹力和光学多普勒频移公式具有坐标变换不变性或协变性，使得正比于v/c的公式遵从广义相对性原理。也许这个天才明天就会出现，也可能几个世纪之后仍不会出现。 所以，对广义相对性原理的普适性不能寄以厚望。广义相对论的新版本--陈绍光引力公式的基础之一就是光学多普勒频移的实验结果，当然无需相对性原理。用陈绍光引力公式 取代爱因斯坦方程是时代进步的必然。 |